Page 253 - 《应用声学》2025年第3期

第 44 卷 第 3 期 张保钦等： 纤维含量对复合圆管周向导波频散特性的影响 787

中弹性常数 C 11 和 C 44 的变化特征较为吻合，印证 了圆形管道中周向导波检测方法，推导了横观各向
了纤维体积含量变化对三个主要模态相速度不同 同性复合材料圆管中周向导波的频散方程，结合内
程度的影响。群速度表现出相同的规律，在相同的 径表面和外径表面应力自由条件，引入矩形窗函数，
纤维体积含量下，最小群速度为1233.4 m/s。从图5 采用 Legendre正交多项式方法进行了计算，经过与
中还可以看出，纤维体积含量小于 63% 之前，模态 商业软件计算结果进行对比，证明了该方法在计算
SH 0 和 A 0 的相速度比较接近，而大于 63% 之后，这 频散曲线时是稳定和强健的。结合材料细观力学理
两个模态的相速度才开始有较大的区分；而群速度 论分析得出，随着纤维体积含量的增加，横观各向
在整个纤维含量变化过程中都比较接近，当纤维体 同性复合材料圆管各弹性常数呈不同规律变化，进
积含量增长到 94% 之前，模态 A 0 的群速度略微大 而不同程度影响各模态的频散特征。此外，对横观
于模态 SH 0 的群速度，而纤维体积含量大于 94% 之 各向同性复合材料圆管中波传播行为进行了分析，
后，模态 SH 0 的群速度开始大于模态 A 0 的群速度， 以频率 0.5 MHz 为例，随着纤维含量从 0% 变化到
这个现象与图 2 中 C 44 的变化特征相吻合，印证了 100%，前三个主要模态的相速度和群速度以不同斜
C 44 的变化对模态 SH 0 的群速度影响非常明显，这 率上升，在相速度曲线和群速度频散曲线中，S 0 的
个现象在纤维增强复合材料参数反演中具有重大 相速度和群速度明显大于 SH 0 和 A 0 的相速度和群
意义。 速度，当纤维体积含量超过94%时，SH 0 的群速度超
过A 0 的群速度，证明了C 44 的变化对模态SH 0 的群

5 速度变化具有重大影响。
S  纤维含量的变化，反映了结构材料属性的改变，
V ph/(kmSs -1 ) 3 A  影响着导波结构特征，结合主要模态的变化趋势，有
SH 
4
助于分析导波模态与结构缺陷之间的关系，对管状
2
结构的无损探伤有着重要的指导作用。
1

0
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